JPS61619A - 炭素質繊維の製造法 - Google Patents
炭素質繊維の製造法Info
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- JPS61619A JPS61619A JP11828984A JP11828984A JPS61619A JP S61619 A JPS61619 A JP S61619A JP 11828984 A JP11828984 A JP 11828984A JP 11828984 A JP11828984 A JP 11828984A JP S61619 A JPS61619 A JP S61619A
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- fibers
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
a、産業上の利用分野
本発明は電導体、抵抗体、発熱体、電極の材料あるいは
FRP 、 FRHなどの複合材料用強化材として広く
使用されている炭素質繊維の製造法に関する。
FRP 、 FRHなどの複合材料用強化材として広く
使用されている炭素質繊維の製造法に関する。
b、従来技術
従来、炭素質繊維の製造法としては、(1)ポリアクリ
ロニトリル、セルローズ、ピッチなどを繊維にし、これ
を不融化し、さらに焼成する方法が広く行われている。
ロニトリル、セルローズ、ピッチなどを繊維にし、これ
を不融化し、さらに焼成する方法が広く行われている。
この方法とは別に(2)ベンゼン。
メタン、エタンなどの炭化水素ガスを熱分解して気相反
応により面接繊維を製造する方法も知られている。この
方法で製造された繊維は気相生長炭素繊維と呼ばれ、前
記(1)の方法により製造された炭素質繊維に比べて、
弾性率、引張り強度、電導度などで優れた特性を有する
。例えばポリアクリロニ) IJルから製造された炭素
質繊維の引張シ強度、弾性率、室温電気抵抗率の値は、
それぞれ、6〜12 ton /c、〜2.600 t
ofi 7c〜2.5〜l0XIO−5Ωamであるに
対し、気相生成炭素質繊維(ベンゼン原料、生成温度1
100°C)の値は、それぞれ、10〜30 ton
7c〜2.2000〜4000 tan/cm2、I
X 10−’ΩCTIIであって優れた特性を有してい
る。
応により面接繊維を製造する方法も知られている。この
方法で製造された繊維は気相生長炭素繊維と呼ばれ、前
記(1)の方法により製造された炭素質繊維に比べて、
弾性率、引張り強度、電導度などで優れた特性を有する
。例えばポリアクリロニ) IJルから製造された炭素
質繊維の引張シ強度、弾性率、室温電気抵抗率の値は、
それぞれ、6〜12 ton /c、〜2.600 t
ofi 7c〜2.5〜l0XIO−5Ωamであるに
対し、気相生成炭素質繊維(ベンゼン原料、生成温度1
100°C)の値は、それぞれ、10〜30 ton
7c〜2.2000〜4000 tan/cm2、I
X 10−’ΩCTIIであって優れた特性を有してい
る。
そのため、気相生成炭素質繊維は、プラスチック、金属
、炭素材との複合材料、電導体、抵抗体、発熱体などの
エレクトロニクス材料として期待されているが、次のよ
うな欠点があるため、未だ広く一般に使用されてい力い
。
、炭素材との複合材料、電導体、抵抗体、発熱体などの
エレクトロニクス材料として期待されているが、次のよ
うな欠点があるため、未だ広く一般に使用されてい力い
。
(1) 気相生長炭素繊維は連続した長繊維で得難く
、短繊維となシ、また欠陥があったシすることが多く、
均一な繊維が得にくい。
、短繊維となシ、また欠陥があったシすることが多く、
均一な繊維が得にくい。
(2)繊維の太さが5〜50μm程度でばらつきが多く
不均一である。一般に細い繊維の方が高い強度と弾性率
を有するので、強化材料として使用する場合は細い繊維
が好ましい。しかし、5μm以下の直径の繊維を安定に
得ることは困難である。
不均一である。一般に細い繊維の方が高い強度と弾性率
を有するので、強化材料として使用する場合は細い繊維
が好ましい。しかし、5μm以下の直径の繊維を安定に
得ることは困難である。
(3)反応温度が高く、一般には1000°C以上の温
度を必要とする。
度を必要とする。
(4)生長反応を促進するためには、触媒、例えばFe
、 Ni、、C00どの超微粉末を必要とする。触媒を
使用しない時は反応の制御が鈍しく繊維が得られない場
合もある。
、 Ni、、C00どの超微粉末を必要とする。触媒を
使用しない時は反応の制御が鈍しく繊維が得られない場
合もある。
C1発明の目的
本発明は従来の気相生長炭素繊維の欠点を解消するため
になされたもので、その目的は400〜1000℃の低
温でも製造可能でユニークな形状を有する気相成長炭素
質繊維の製箭法を提供するにある。
になされたもので、その目的は400〜1000℃の低
温でも製造可能でユニークな形状を有する気相成長炭素
質繊維の製箭法を提供するにある。
d0発明の構成
本発明者らは前記目的を達成すべく研究の結果、従来の
気相生長炭素繊維の原料としては、ベンゼン、トルエン
、メタン、エタン、オクタン等の炭化水素、あるいは低
沸点モノマーが使用され、これを触媒表面で脱水素反応
を起させながら炭素繊維を生成させている。このような
脱水素反応は一般に1000℃以上で起るので、100
0℃以上の高温を必要としている。本発明者らは、脱水
素反応以外の反応を利用して炭素質繊維を生長させるこ
とができる原料について、幅広く検討したところ、芳香
族ジイミド化合物を原料として使用し、これを気化させ
ると、イミド基の部分が解裂し、これによって生じた芳
香族炭化水素ラジカルが気相で会合して生長して繊維状
の生成物となることを知見した。このような生長のメカ
ニズムは従来の気相生長炭素繊維の生長メカニズムとは
全く異なるものであり、芳香族ジイミドの種類によって
は400°C程度の低温でも繊維に生長させることが可
能である。このような新規な知見に基いて本発明を完成
したものである。
気相生長炭素繊維の原料としては、ベンゼン、トルエン
、メタン、エタン、オクタン等の炭化水素、あるいは低
沸点モノマーが使用され、これを触媒表面で脱水素反応
を起させながら炭素繊維を生成させている。このような
脱水素反応は一般に1000℃以上で起るので、100
0℃以上の高温を必要としている。本発明者らは、脱水
素反応以外の反応を利用して炭素質繊維を生長させるこ
とができる原料について、幅広く検討したところ、芳香
族ジイミド化合物を原料として使用し、これを気化させ
ると、イミド基の部分が解裂し、これによって生じた芳
香族炭化水素ラジカルが気相で会合して生長して繊維状
の生成物となることを知見した。このような生長のメカ
ニズムは従来の気相生長炭素繊維の生長メカニズムとは
全く異なるものであり、芳香族ジイミドの種類によって
は400°C程度の低温でも繊維に生長させることが可
能である。このような新規な知見に基いて本発明を完成
したものである。
本発明の要旨は、芳香族ジイミド化合物または加熱によ
り芳香族ジイミド化合物を生成する化合物をアルゴン、
チッ素、ヘリウム、水素及びこれらの混合ガスから選ば
れたガス雰囲気中あるいは真空中で加熱気化させて気相
生長させることを特徴とする炭素質繊維の製造法にある
。
り芳香族ジイミド化合物を生成する化合物をアルゴン、
チッ素、ヘリウム、水素及びこれらの混合ガスから選ば
れたガス雰囲気中あるいは真空中で加熱気化させて気相
生長させることを特徴とする炭素質繊維の製造法にある
。
芳香族ジイミドの代表的な化合物としては、次のような
化合物が挙げられる。
化合物が挙げられる。
ピロメリットジイミド(PMDIと略す);1゜4 、
5 、8ナフタレンジイミド(N’I’DI −1と略
す);2,3,6,7.ナフタレンジイミド(NTDニ
ー2と略す);3,4,9,10.ペリレンジイミド(
PTDI −1と略す) ; 1 、12 、6 、7
゜ペリレンジイミド(PTDI −2と略す) ; 3
、4゜8.9.アントラセンジイミド(ATD工と略
す);3.4,8,9.ピレンジイミド(PyTDIと
略す)などがあり、さらに有機顔料であるC91.ピグ
メントレッド123 、 Vatレッド23 、 Va
tレッド29などがある。しかし、これら例示の化合物
に限定されるものではない。
5 、8ナフタレンジイミド(N’I’DI −1と略
す);2,3,6,7.ナフタレンジイミド(NTDニ
ー2と略す);3,4,9,10.ペリレンジイミド(
PTDI −1と略す) ; 1 、12 、6 、7
゜ペリレンジイミド(PTDI −2と略す) ; 3
、4゜8.9.アントラセンジイミド(ATD工と略
す);3.4,8,9.ピレンジイミド(PyTDIと
略す)などがあり、さらに有機顔料であるC91.ピグ
メントレッド123 、 Vatレッド23 、 Va
tレッド29などがある。しかし、これら例示の化合物
に限定されるものではない。
更にまた、本発明における出発原料としては、加熱によ
り前記芳香族ジイミドを生成する化合物、例えば加熱に
より脱水反応を起して、芳香族ジイミドを生ずる芳香族
アミド酸も同様に使用することができる。
り前記芳香族ジイミドを生成する化合物、例えば加熱に
より脱水反応を起して、芳香族ジイミドを生ずる芳香族
アミド酸も同様に使用することができる。
芳香族ジイミドを原料として気相生長炭素繊維の生長さ
せるメカニズムにおいては、本質的には生長促進のだめ
の触媒を必要としない。実際に多くの芳香族ジイミド化
合物は単に加熱するだけで繊維状生成物を製造すること
ができる。しかしながら、BTDI (融点約350℃
〕のような融点が比較的低い化合物の場合は、触媒の存
在がイミド基の解裂反応を促進するので触媒の存在が好
ましい。
せるメカニズムにおいては、本質的には生長促進のだめ
の触媒を必要としない。実際に多くの芳香族ジイミド化
合物は単に加熱するだけで繊維状生成物を製造すること
ができる。しかしながら、BTDI (融点約350℃
〕のような融点が比較的低い化合物の場合は、触媒の存
在がイミド基の解裂反応を促進するので触媒の存在が好
ましい。
このような場合に使用される触媒としては、Fe。
Co、Ni、Vl Nb1 Ta、またはこれらの炭化
物、窒化物々どの化合物を初めとして、通常の気相生長
炭素繊維の?!!造に使用される触媒も使用することが
できる。これらの触媒は炭素質繊維が析出する加熱帯域
中に置かれ、特に超微粉末である場合が有効である。
物、窒化物々どの化合物を初めとして、通常の気相生長
炭素繊維の?!!造に使用される触媒も使用することが
できる。これらの触媒は炭素質繊維が析出する加熱帯域
中に置かれ、特に超微粉末である場合が有効である。
生長反応は、アルゴン、窒素、ヘリウム、水素及びそれ
らの混合ガスから選ばれたガス雰囲気中あるいは真空中
で行う。特に気化する温度が高い原料を用いる場合は真
空中で行うのが有効である。
らの混合ガスから選ばれたガス雰囲気中あるいは真空中
で行う。特に気化する温度が高い原料を用いる場合は真
空中で行うのが有効である。
逆に気化温度が低い原料を用いる場合は、オートクレー
ブを、用いて前記ガスの加圧下で行うのが有効である。
ブを、用いて前記ガスの加圧下で行うのが有効である。
水素の存在は一般に生長反応をおそくする傾向があるが
、場合によっては特異方形状の繊維が得られる場合があ
る。まだ触媒を共存させて生長反応を行う重合は水素を
存在させることが好ましい。この場合、水素は触媒の活
性を保持するのに有効に働くものと考えられる。少量の
酸素の存在は生長反応を促進する効果があるが、10%
以上の酸素の存在は生長反応を阻害する。酸素の多量の
存在は燃焼を起こさせてスス状炭素を発生させ、これが
生長反応を阻害するものと考えられる。
、場合によっては特異方形状の繊維が得られる場合があ
る。まだ触媒を共存させて生長反応を行う重合は水素を
存在させることが好ましい。この場合、水素は触媒の活
性を保持するのに有効に働くものと考えられる。少量の
酸素の存在は生長反応を促進する効果があるが、10%
以上の酸素の存在は生長反応を阻害する。酸素の多量の
存在は燃焼を起こさせてスス状炭素を発生させ、これが
生長反応を阻害するものと考えられる。
次に芳香族ジイミド化合物の内殻も典型的化合物である
DTDI−1を用いた場合における炭素繊維の生成メカ
ニズムについて述べる。
DTDI−1を用いた場合における炭素繊維の生成メカ
ニズムについて述べる。
PTDI −1は650°Cで減量反応が開始し、この
温度附近から急激な酸素及びチッ素の減少が観察される
。これによシジイミド置換基の解裂が起って酸素がぬけ
、ペリレンラジカルが生成するものと考えられる。実際
アルゴン中で800℃、 1000が、芳香族化合物の
δG−H,¥0=Gに基づく吸収は存在している。
温度附近から急激な酸素及びチッ素の減少が観察される
。これによシジイミド置換基の解裂が起って酸素がぬけ
、ペリレンラジカルが生成するものと考えられる。実際
アルゴン中で800℃、 1000が、芳香族化合物の
δG−H,¥0=Gに基づく吸収は存在している。
この様な結果から繊維はPTDIの分解により生成した
ペリレンラジカルが重合することによシ生長するものと
考えられる。
ペリレンラジカルが重合することによシ生長するものと
考えられる。
以上はPTDI −1を原料とした場合における生成メ
カニズムと繊維の基本的構造について述べたが、他の原
料を使用した場合も、その原料に対応して同様な生成メ
カニズムとそれに対応した繊維構造のものが得られる。
カニズムと繊維の基本的構造について述べたが、他の原
料を使用した場合も、その原料に対応して同様な生成メ
カニズムとそれに対応した繊維構造のものが得られる。
この様にして得られた繊維の最も大きな特徴はのちに述
べる様に(第1図参照)繊維が互いにがら1つたり、枝
わかれした様な複雑外形状をもつことである。この様な
繊維の形状はFRM 、 FRP 7!zどの複合材料
用強化材として、又、大面積の必要な電池用電極として
特に有効である。
べる様に(第1図参照)繊維が互いにがら1つたり、枝
わかれした様な複雑外形状をもつことである。この様な
繊維の形状はFRM 、 FRP 7!zどの複合材料
用強化材として、又、大面積の必要な電池用電極として
特に有効である。
e、実施例
実施例1゜
ベレット状にプレス加工した各種の芳香族ジイミド化合
物(ベレット径13調、厚さI Nl)を加熱炉rg−
セットし10°C/minの速度で300〜1oo。
物(ベレット径13調、厚さI Nl)を加熱炉rg−
セットし10°C/minの速度で300〜1oo。
℃の間のあらかじめ設定した温度まで昇温し、1時間そ
の温度に保持した後40 ’C/ minの速度で降温
した。反応はすべてアルゴン気流中で行ない、反応終了
後ペレット表面を観察して生成物の有無を確かめた。生
成物の存在の認められる最低の温度を生成温度とし、こ
の生成温度と1000’Cの間の温度で生成した繊維の
一般的な形状(径と長さ)を電子顕微鏡で測定した。そ
の結果を第1表に示す。いずれの場合にも繊維状生成物
が得られた。
の温度に保持した後40 ’C/ minの速度で降温
した。反応はすべてアルゴン気流中で行ない、反応終了
後ペレット表面を観察して生成物の有無を確かめた。生
成物の存在の認められる最低の温度を生成温度とし、こ
の生成温度と1000’Cの間の温度で生成した繊維の
一般的な形状(径と長さ)を電子顕微鏡で測定した。そ
の結果を第1表に示す。いずれの場合にも繊維状生成物
が得られた。
生成温度は原料の気化反応が起こる温度にほぼ対応して
おり、これらの反応が気相反応である事を示している。
おり、これらの反応が気相反応である事を示している。
表1に示した各種の原料のうちでもつとも多聞の繊維状
生成物が得られたのはPTDI −1であった。PTD
I −1の800℃の熱処理により生成する繊維状生成
物の電子顕微鏡写真を第1図に示す〇第1図に示すよう
に得られた繊維の径は0.1〜0.4μmで、長さは3
鰐程度で、非常に複雑な形状の繊維が得られた。
生成物が得られたのはPTDI −1であった。PTD
I −1の800℃の熱処理により生成する繊維状生成
物の電子顕微鏡写真を第1図に示す〇第1図に示すよう
に得られた繊維の径は0.1〜0.4μmで、長さは3
鰐程度で、非常に複雑な形状の繊維が得られた。
比較例1゜
ジイミド置換基を有しないペリレン、アントラセン、ピ
レンのベレットを使用して実施例1と同様に加熱処理し
たが、繊維状生成物は全く得られなかった。従って、芳
香族ジイミド化合物であることが必要であることが分か
る。
レンのベレットを使用して実施例1と同様に加熱処理し
たが、繊維状生成物は全く得られなかった。従って、芳
香族ジイミド化合物であることが必要であることが分か
る。
実施例2゜
実施例1と同じ方法でペレット状にプレス加工したFT
DI −1を処理温度、処理時間、雰囲気を変えて熱処
理した。結果を第2表に示す。PTOD−1は650°
C未満の温度では繊維状の生成物は得られず生成には6
50°C以上の温度が必要である事が分る。繊維の生長
は比較的低温650〜750°Cで起こりこれ以上の温
度では太さ方向の生長がおこる(800〜1000℃)
。長時間の処理により長さ方向及び太さ方向の生長が進
むがそれはあまり大きくない。また、 ArとTie
、 N2.真空中での生長はいずれも同じ様に起こシ差
はほとんど認められない。水素の存在下で処理すれば平
板状の形状をもつ特異な繊維が生成する。少量(5%)
の酸素の存在は繊維の生長をさまたげずむしろ促進する
効果をもっている。
DI −1を処理温度、処理時間、雰囲気を変えて熱処
理した。結果を第2表に示す。PTOD−1は650°
C未満の温度では繊維状の生成物は得られず生成には6
50°C以上の温度が必要である事が分る。繊維の生長
は比較的低温650〜750°Cで起こりこれ以上の温
度では太さ方向の生長がおこる(800〜1000℃)
。長時間の処理により長さ方向及び太さ方向の生長が進
むがそれはあまり大きくない。また、 ArとTie
、 N2.真空中での生長はいずれも同じ様に起こシ差
はほとんど認められない。水素の存在下で処理すれば平
板状の形状をもつ特異な繊維が生成する。少量(5%)
の酸素の存在は繊維の生長をさまたげずむしろ促進する
効果をもっている。
実施例3゜
原料の加熱(第−炉〕と基板の加熱(第二炉)を独立に
行なえる炉を使用し、第−炉で気化した原料を触媒のお
かれた第二炉中の基板上で分解し繊維状の生成物が得ら
れるかどうか実験を行ったσ触媒としてはFeの超微粉
末を使用しメタノール中に分散したFe超微粉末をセラ
ミック基板上にスプレーし熱処理して基板担体とした。
行なえる炉を使用し、第−炉で気化した原料を触媒のお
かれた第二炉中の基板上で分解し繊維状の生成物が得ら
れるかどうか実験を行ったσ触媒としてはFeの超微粉
末を使用しメタノール中に分散したFe超微粉末をセラ
ミック基板上にスプレーし熱処理して基板担体とした。
第−炉に設置された芳香族ジイミド化合物(BTDI
、 NTDI −1、FTDI −1、Vat、 vラ
ド23)を10°C/minの速度でsoo’cまで加
熱し気化成分をアルゴン又はアルゴン・水素の混合キャ
リヤーガスと共に800℃に加熱された基板担体上にみ
ちびいた。800°Cで1時間保った後炉を冷却し、基
板上に繊維状の生成物が生成しているかどうかを調べた
。キャリヤーガスがアルゴンのみの場合には繊維状の生
成物は得られず黒色皮膜が生成した。これは触媒活性が
低下したことによるものと考えられる。一方、アルゴン
・水素の混合ガスをキャリヤーガスとして使用した場合
には繊維状の生成物が生じた。
、 NTDI −1、FTDI −1、Vat、 vラ
ド23)を10°C/minの速度でsoo’cまで加
熱し気化成分をアルゴン又はアルゴン・水素の混合キャ
リヤーガスと共に800℃に加熱された基板担体上にみ
ちびいた。800°Cで1時間保った後炉を冷却し、基
板上に繊維状の生成物が生成しているかどうかを調べた
。キャリヤーガスがアルゴンのみの場合には繊維状の生
成物は得られず黒色皮膜が生成した。これは触媒活性が
低下したことによるものと考えられる。一方、アルゴン
・水素の混合ガスをキャリヤーガスとして使用した場合
には繊維状の生成物が生じた。
生成した繊維は0.1〜5μmの径をもち0.1〜20
鱈の長さであって出願原料による差はほとんど認められ
浸かった。
鱈の長さであって出願原料による差はほとんど認められ
浸かった。
比較例2゜
実施例3と同じ方法でベンゼンを原料として炭素繊維の
生成を試みたが800℃では生成物は得られなかった。
生成を試みたが800℃では生成物は得られなかった。
f1発明の効果
以上のように、本発明の方法によると、従来の気相生長
炭素繊維の原料を異にする芳香族ジイミドを使用するこ
とによシ、触媒を必ずしも必要とせず、従来法における
気相生長炭素繊維の生成温度よりもはるかに低温で生成
し得られ、また得られる炭素質繊維は従来法により得ら
れる気相生長炭素繊維よシもはるかに細く、しかも特異
な形状を有する繊維であり複合強化材、及び電池用電極
用として好適である優れた効果を奏し得られる。
炭素繊維の原料を異にする芳香族ジイミドを使用するこ
とによシ、触媒を必ずしも必要とせず、従来法における
気相生長炭素繊維の生成温度よりもはるかに低温で生成
し得られ、また得られる炭素質繊維は従来法により得ら
れる気相生長炭素繊維よシもはるかに細く、しかも特異
な形状を有する繊維であり複合強化材、及び電池用電極
用として好適である優れた効果を奏し得られる。
第1図は本発明の方法で製造した炭素質繊維の電子顕微
鏡写真である。 図1Of(ハ浄占Q内q& i: )ρ5、東ないpm 手続補正書 昭和59年10月g日
鏡写真である。 図1Of(ハ浄占Q内q& i: )ρ5、東ないpm 手続補正書 昭和59年10月g日
Claims (1)
- 芳香族ジイミド化合物または加熱により芳香族ジイミド
化合物を生成する化合物をアルゴン、チッ素、ヘリウム
、水素及びこれらの混合ガスから選ばれたガス雰囲気中
あるいは真空中で加熱気化させて気相生長させることを
特徴とする炭素質繊維の製造法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11828984A JPS61619A (ja) | 1984-06-11 | 1984-06-11 | 炭素質繊維の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11828984A JPS61619A (ja) | 1984-06-11 | 1984-06-11 | 炭素質繊維の製造法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61619A true JPS61619A (ja) | 1986-01-06 |
JPS639044B2 JPS639044B2 (ja) | 1988-02-25 |
Family
ID=14732985
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11828984A Granted JPS61619A (ja) | 1984-06-11 | 1984-06-11 | 炭素質繊維の製造法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS61619A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4777821A (en) * | 1985-10-18 | 1988-10-18 | Andreas Gerve | Measuring apparatus for measuring the alteration of a liquid quantity, especially the quantity of oil in an internal combustion engine |
-
1984
- 1984-06-11 JP JP11828984A patent/JPS61619A/ja active Granted
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4777821A (en) * | 1985-10-18 | 1988-10-18 | Andreas Gerve | Measuring apparatus for measuring the alteration of a liquid quantity, especially the quantity of oil in an internal combustion engine |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS639044B2 (ja) | 1988-02-25 |
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